stringtranslate.com

Папаин

Папаин , также известный как протеиназа I папайи , представляет собой фермент цистеиновой протеазы ( EC 3.4.22.2) , присутствующий в папайе ( Carica papaya ) и папайе горной ( Vasconcellea cundinamarcensis ). Это одноимённый член семейства папаин-подобных протеаз .

Он имеет широкое коммерческое применение в кожевенной, косметической, текстильной, моющей, пищевой и фармацевтической промышленности. В пищевой промышленности папаин используется в качестве активного ингредиента во многих коммерческих размягчителях мяса. [1]

Семья Папаин

Папаин принадлежит к семейству родственных белков, известному как семейство папаин-подобных протеаз , с широким спектром активности, включая эндопептидазы , аминопептидазы , дипептидилпептидазы и ферменты как с экзо-, так и с эндопептидазной активностью. [2] Члены семейства папаина широко распространены, встречаются у бакуловирусов , [3] эубактерий, дрожжей и практически всех простейших, растений и млекопитающих. [2] Белки обычно являются лизосомальными или секретируемыми, и для активации фермента требуется протеолитическое расщепление пропептида , хотя блеомицингидролаза является цитозольной у грибов и млекопитающих. [4] Папаин-подобные цистеиновые протеиназы по существу синтезируются как неактивные проферменты ( зимогены ) с N -концевыми пропептидными областями. Процесс активации этих ферментов включает удаление пропептидных участков, которые выполняют различные функции in vivo и in vitro . Про-область необходима для правильного сворачивания вновь синтезированного фермента, инактивации пептидазного домена и стабилизации фермента против денатурации в условиях pH от нейтрального до щелочного. Аминокислотные остатки в прообласти опосредуют их мембранную ассоциацию и играют роль в транспорте профермента в лизосомы. Среди наиболее примечательных особенностей пропептидов является их способность ингибировать активность родственных им ферментов и то, что некоторые пропептиды проявляют высокую селективность в ингибировании пептидаз, из которых они происходят. [5]

Состав

Белок-предшественник папаина содержит 345 аминокислотных остатков [6] и состоит из сигнальной последовательности (1–18), пропептида (19–133) и зрелого пептида (134–345). Номера аминокислот основаны на зрелом пептиде. Белок стабилизирован тремя дисульфидными мостиками . Его трехмерная структура состоит из двух отдельных структурных доменов с щелью между ними. Эта щель содержит активный центр , который содержит каталитическую диаду, которую можно сравнить с каталитической триадой химотрипсина . Каталитическая диада состоит из аминокислот цистеина-25 (от которого он получил свою классификацию) и гистидина-159. Считалось, что аспартат-158 играет роль, аналогичную роли аспартата в каталитической триаде сериновых протеаз , но с тех пор это было опровергнуто. [7]

Функция

Механизм разрыва папаином пептидных связей включает использование каталитической диады с депротонированным цистеином. [8] Соседний Asn-175 помогает ориентировать имидазольное кольцо His-159, чтобы позволить ему депротонировать каталитический Cys-25. Затем этот цистеин осуществляет нуклеофильную атаку карбонильного углерода пептидной цепи. При этом образуется ковалентный промежуточный продукт ацил-фермента и освобождается аминоконец пептида. Фермент деацилируется молекулой воды и высвобождает карбокси-концевую часть пептида. В иммунологии известно, что папаин отщепляет Fc (кристаллизующуюся) часть иммуноглобулинов ( антител) от Fab (антигенсвязывающей) части.

Папаин является относительно термостойким ферментом, оптимальная температура которого составляет от 60 до 70 °C. [9]

Папаин предпочитает расщепляться после аргинина или лизина , которым предшествует гидрофобная единица ( Ala , Val , Leu , Ile , Phe , Trp , Tyr ), а не валин . [10]

Использование

Антигельминтное действие папаина на червя Heligmosomoides Bakeri .

Папаин расщепляет жесткие мясные волокна и использовался еще до контакта с европейцами для смягчения мяса, которое ели в его родной Южной Америке. Тендерайзеры для мяса в виде порошка с папаином в качестве активного компонента широко продаются, а использование кожуры папайи в кулинарии упоминается в исследовательских работах. [1] [11]

Папаин можно использовать для диссоциации клеток на первом этапе приготовления клеточных культур . Десятиминутная обработка небольших кусочков ткани (менее 1 мм 3 ) позволит папаину начать расщепление молекул внеклеточного матрикса, удерживающих клетки вместе. Через десять минут ткань следует обработать раствором ингибитора протеазы, чтобы остановить действие протеазы. При отсутствии лечения активность папаина приведет к полному лизису клеток. Затем ткань необходимо растереть (быстро пропустить вверх и вниз через пипетку Пастера ), чтобы разбить кусочки ткани на одноклеточную суспензию .

Он также используется в качестве ингредиента в различных ферментных препаратах для удаления волос , особенно в Accuzyme. Их используют при лечении некоторых хронических ран для очистки омертвевших тканей.

Папаин добавляют в некоторые зубные пасты и мятные конфеты в качестве отбеливателя зубов. Его отбеливающий эффект минимален, поскольку папаин присутствует в низких концентрациях и быстро растворяется слюной. Для достижения заметного эффекта потребуется несколько месяцев применения. [12]

Папаин является основным ингредиентом геля Papacarie, используемого для химиомеханического удаления кариеса . Он не требует сверления и не влияет на прочность сцепления реставрационных материалов с дентином . [13]

Известно, что папаин влияет на результаты тестов мочи на каннабиноиды . [14] Он содержится в некоторых продуктах для детоксикации наркотиков.

Недавно было продемонстрировано, что папаин можно использовать для сборки тонких пленок диоксида титана , используемых в фотоэлектрических элементах . [15]

Папаин также использовался для создания модели дегенеративной болезни диска для оценки различных типов инъекционной терапии. [16] [17]

Иммуноглобулины

Расщепленное папаином антитело: два Fab-фрагмента и Fc-фрагмент .

Антитело , расщепленное папаином, дает три фрагмента: два Fab-фрагмента массой 50 кДа и один Fc-фрагмент массой 50 кДа . Переваренное папаином антитело неспособно стимулировать агглютинацию , преципитацию , опсонизацию и лизис , однако Fab-фрагмент все еще способен связываться с соответствующими антигенами и нейтрализовать их, что чаще всего наблюдается при использовании известных препаратов антител к овечьему токсину против кроталида . как CroFab и Digibind , аналогичный фрагмент овечьей антисыворотки, используемый для нейтрализации дигоксина , действующего для сердечной деятельности , в ситуациях острой передозировки.

Производство

Папаин обычно производят в виде сырого высушенного материала путем сбора латекса из плодов дерева папайи. Латекс собирают после надреза на шейке плода, где он может либо высохнуть на плоде, либо капнуть в контейнер. Этот латекс затем подвергают дальнейшей сушке. Сейчас его классифицируют как высушенный сырой материал. Для удаления загрязняющих веществ необходим этап очистки. Эта очистка состоит из солюбилизации и экстракции активной ферментной системы папаина с помощью процесса, зарегистрированного государством. Этот очищенный папаин может поставляться в виде порошка или жидкости.

Ограничения США на маркетинг

23 сентября 2008 г. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) предупредило компании прекратить продажу офтальмологических сбалансированных солевых растворов и лекарственных препаратов для местного применения, содержащих папаин, к 4 ноября 2008 г. FDA заявило: «Исторически сложилось так, что папаинсодержащие лекарственные препараты в форме местного применения были проданы без одобрения...». [18] Согласно заявлению FDA по этому поводу: «Эти неутвержденные продукты поставили под угрозу здоровье потребителей: от сообщений о необратимой потере зрения при использовании неутвержденных сбалансированных солевых растворов до серьезного падения артериального давления и увеличения частоты сердечных сокращений из-за местного применения папаина. продуктов», — сказала Джанет Вудкок , директор Центра оценки и исследования лекарств .

Неутвержденные продукты из папаина для местного применения

Лекарственные мази для местного применения, содержащие папаин, используются для удаления мертвых или загрязненных тканей при острых и хронических поражениях, таких как диабетические язвы, пролежни, варикозные язвы и травматические инфицированные раны. Торговые названия этих продуктов включают Accuzyme, Allanfil, Allanzyme, Ethezyme, Gladase, Kovia, Panafil, Pap Urea и Ziox. Другие продукты продаются под названиями активных ингредиентов, например, мазь папаин-мочевина.

В 2008 году FDA объявило о своем намерении принять меры против этих продуктов, поскольку оно получило сообщения о серьезных побочных эффектах у пациентов, использующих продукты, содержащие папаин. Сообщения включали реакции гиперчувствительности (аллергические), которые приводят к гипотонии (низкому кровяному давлению) и тахикардии (учащенному сердцебиению). Кроме того, люди с аллергией на латекс также могут иметь аллергию на папайю, источник папаина, а это означает, что люди с чувствительностью к латексу могут подвергаться повышенному риску развития побочных реакций на препарат папаина для местного применения.

FDA рекомендовало людям, у которых есть опасения по поводу использования препаратов папаина для местного применения, обратиться к своему врачу по поводу прекращения использования.

Человеческие цистеиновые протеазы семейства папаина

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ аб Ислам М.Н., Молинар-Торибио Э.М. (июль – декабрь 2013 г.). «Разработка размягчителя мяса на основе кожуры папайи. Observación por Pares Basada en Mapas Conceptuales: Una Estrategia para Fomentar el «Scholarship of Teaching and Learning» en la Universidad Tecnológica de Panamá. 2013;24» (PDF ) . РИДТЕК . 9 (2).
  2. ^ ab Роулингс Н.Д., Барретт А.Дж. (1994). Семейства цистеинпептидаз . Методы энзимологии. Том. 244. стр. 461–86. дои : 10.1016/0076-6879(94)44034-4. ПМЦ 7172846 . ПМИД  7845226. 
  3. ^ Роулингс Н.Д., Барретт А.Дж. (февраль 1993 г.). «Эволюционные семейства пептидаз». Биохимический журнал . 290 (Часть 1) (Часть 1): 205–18. дои : 10.1042/bj2900205. ПМЦ 1132403 . ПМИД  8439290. 
  4. ^ Себти С.М., ДеЛеон Дж.К., Лазо Дж.С. (июль 1987 г.). «Очистка, характеристика и аминокислотный состав легочной блеомицингидролазы кролика». Биохимия . 26 (14): 4213–9. дои : 10.1021/bi00388a006. ПМИД  3117099.
  5. ^ Ямамото Ю, Курата М, Ватабе С, Мураками Р, Такахаши СЮ (апрель 2002 г.). «Новые ингибиторы цистеиновых протеиназ, гомологичные прообластям цистеиновых протеиназ». Современная наука о белках и пептидах . 3 (2): 231–8. дои : 10.2174/1389203024605331. ПМИД  12188906.
  6. ^ «UniProt P00784: предшественник папаина - Carica papaya (Папайя)» . ЮниПротКБ.
  7. ^ Менар Р., Хури Х.Э., Плуфф С., Дюпрас Р., Риполь Д., Верне Т. и др. (июль 1990 г.). «Белково-инженерное исследование роли аспартата 158 в каталитическом механизме папаина». Биохимия . 29 (28): 6706–13. дои : 10.1021/bi00480a021. ПМИД  2397208.
  8. ^ Шохен М, Хазанов Н, Альбек А (декабрь 2009 г.). «Вызов парадигме: теоретические расчеты протонационного состояния каталитической диады Cys25-His159 в свободном папаине». Белки . 77 (4): 916–26. дои : 10.1002/prot.22516. ПМЦ 2767454 . ПМИД  19688822. 
  9. ^ "Технические данные - Папаин" . Архивировано из оригинала 15 июля 2014 г. Проверено 8 августа 2010 г.
  10. ^ «Папаин - селективные протеолитические ферменты». Сигма-Олдрич . Проверено 2 августа 2020 г.
  11. ^ Маити АК, Ахлават СС, Шарма Д.П., Ханна Н. (2008). «Применение натуральных размягчителей в мясе – обзор» (PDF) . Сельскохозяйственные обзоры . 29 (3): 226–30.
  12. ^ Чакраварти П., Ачарья С. (октябрь 2012 г.). «Эффективность удаления внешних пятен с помощью нового средства для ухода за зубами, содержащего экстракты папаина и бромелайна». Журнал молодых фармацевтов . 4 (4): 245–9. дои : 10.4103/0975-1483.104368 . ПМЦ 3573376 . ПМИД  23493413. 
  13. ^ Лопес MC, Маскарини RC, да Силва BM, Флорио FM, Basting RT (2007). «Влияние геля на основе папаина для химиомеханического удаления кариеса на прочность сцепления дентина с сдвигом». Журнал стоматологии для детей . 74 (2): 93–7. ПМИД  18477426.
  14. ^ Берроуз Д.Л., Николаидес А., Райс П.Дж., Даффорк М., Джонсон Д.А., Ферслю К.Э. (июль 2005 г.). «Папаин: новый примесь мочи». Журнал аналитической токсикологии . 29 (5): 275–95. дои : 10.1093/jat/29.5.275 . ПМИД  16105251.
  15. ^ Бавазер Л.А., Ихли Дж., Левенштейн М.А., Джукен Л.Дж., Мелдрам ФК, Макмиллан Д.Г. (июнь 2018 г.). «Ферментативно-контролируемый биомиметический синтез гибридных тонких пленок диоксида титана и белка» (PDF) . Журнал химии материалов Б. 6 (23): 3979–3988. дои : 10.1039/C8TB00381E. PMID  32254326. S2CID  102894814.
  16. ^ Чан С.К., Бюрки А., Бонель Х.М., Беннекер Л.М., Гантенбейн-Риттер Б (март 2013 г.). «Модель дегенерации дисков, индуцированная папаином in vitro, для изучения инъекционной терапии студенистого ядра». Журнал позвоночника . 13 (3): 273–83. дои : 10.1016/j.spinee.2012.12.007. ПМИД  23353003.
  17. ^ Робертс С., Менаж Дж., Сиван С., Урбан Дж. П. (февраль 2008 г.). «Модель бычьего эксплантата дегенерации межпозвонкового диска». BMC Заболевания опорно-двигательного аппарата . 9 (1): 24. дои : 10.1186/1471-2474-9-24 . ПМК 2266744 . ПМИД  18298830. 
  18. ^ Шурен Дж (22 сентября 2008 г.). «Лекарственные препараты для местного применения, содержащие папаин; Даты принятия мер по обеспечению соблюдения» (PDF) . Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, Министерство здравоохранения и социальных служб. Архивировано из оригинала (PDF) 1 марта 2017 года.

Внешние ссылки